Software pro ovládání měřiče mechanických vlastností měkkých tkání

Software pro ovládání měřiče mechanických vlastností měkkých tkání

©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
EVIDENČNÍ FORMULÁŘ
Název výsledku: Software pro ovládání měřiče mechanických vlastností měkkých tkání
1. Informace o projektu
Název projektu, v rámci kterého předkládaný výsledek vznikl:
TAČR - TA 01010806,
GAČR P407/10/1624 Identifikace limitních účinků hypokinetické enviromentální zátěže na spolehlivost
senzomotorických reakcí člověka
Evidenční číslo projektu přidělené poskytovatelem: KAB/2012/SW1
Doba řešení projektu: 1 rok
Stručný popis projektu:
V laboratoři biomechaniky extrémních zátěží BEZ je v rámci výzkumných projektů TACR a GACR konstruována a
funkčně zdokolována měřící soustava pro měření mechanických vlastností měkkých tkání. Ověřená funkčnost měření
této soustavy, vzrůstající počet prováděných měření a vzrůstající počet výzkumných pracovníků střídajících se na
tomto funkčním prototypu si vyžádalo zautomatizování ovládání pomocí softwaru.
Měřič mechanických vlastností měkkých tkání je sestrojen ze dvou držáků, které jsou elektromotorem vzdalovány a
přibližovány. Elektromotory vyvýjí opačně orientovaným pohybem napětí v materiálu, který je umístěn v držácích,
přičemž velikost napětí je známa. Je zde ale i možnost zjišťění, jaká síla tahu je zapotřebí pro deformaci nebo
přetržení měřené tkáně. Zároveň je ve zvolené vzdálenosti nad testovaným materiálem umístěn mikroskop se
záznamovou kamerou, jehož záznam je třeba synchronizovat s činností elektromotorů.
Na začátku měření je třeba definovat napětí, které chceme vytvořit v měřeném materiálu anebo zadat rychlost
„trhání“ a poté měřit při jakém napětí dochází k deformecím mateiálu. Ke snadnému nastavení vstupních hodnot
měřiče a snadné hodnocení výstupů měření byl vytvořen software pro měřič mechanických vlastností měkkých tkání.
Tento software je možné snadno ovládat již na základě návodu k softwaru.
2. Tvůrce (v kolonce podíl na řešení je určen jeden garant výsledku):
Jméno a příjmení, titul: Ing. František Lopot Ph.D
Adresa bydliště:
Název zaměstnavatele: Fakulta tělesné výchovy a sportu University Karlovy
Sídlo zaměstnavatele: José Martiho 31, Praha 6
IČ zaměstnavatele: 00216208
Oddělení/útvar: katedra Anatomie a Biomechaniky
Telefonní číslo/a:
602341582
E-mail: [email protected]
Příspěvek tvůrce (slovně): Zadání a vedení tvorby softwaru
Podíl na řešení v %:25% původce a garant výsledku
[Zadejte text.]
Stránka 1/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
Jméno a příjmení, titul: Hynek Havliš
Adresa bydliště:
Název zaměstnavatele: Ústav přístrojové a řídící techniky, Fakulta strojní ČVUT
Sídlo zaměstnavatele:
IČ zaměstnavatele:
Oddělení/útvar:
Telefonní číslo/a:
E-mail: [email protected]
Příspěvek tvůrce (slovně): tvorba software
Podíl na řešení v %: 25% původce na programátorská činnost
Jméno a příjmení, titul: Martin Otáhal
Adresa bydliště:
Název zaměstnavatele: Fakulta tělesné výchovy a sportu University Karlovy
Sídlo zaměstnavatele: José Martiho 31, Praha 6
IČ zaměstnavatele: 00216208
Oddělení/útvar: katedra Anatomie a Biomechaniky
Telefonní číslo/a:
E-mail:
Příspěvek tvůrce (slovně): tvorba schematu funkcí
Podíl na řešení v %: 20% původce a schema funkčnosti
Jméno a příjmení, titul: Daniel Hadraba
Adresa bydliště:
Název zaměstnavatele: Fakulta tělesné výchovy a sportu University Karlovy
Sídlo zaměstnavatele: José Martiho 31, Praha 6
IČ zaměstnavatele: 00216208
Oddělení/útvar: katedra Anatomie a Biomechaniky
Telefonní číslo/a:
E-mail:
Příspěvek tvůrce (slovně): tvorba schematu funkcí
Podíl na řešení v %: 20% původce a schema funkčnosti
Jméno a příjmení, titul: Petr Kubový
Adresa bydliště: Mládeže 4, Praha 6, 169 00
Název zaměstnavatele: Fakulta tělesné výchovy a sportu University Karlovy
Sídlo zaměstnavatele: José Martiho 31, Praha 6
IČ zaměstnavatele: 00216208
Oddělení/útvar: katedra Anatomie a Biomechaniky
Telefonní číslo/a: 732773536
E-mail: [email protected]
Příspěvek tvůrce (slovně): tvorba schematu funkcí
Podíl na řešení v %: 5% původce a schema funkčnosti
Jméno a příjmení, titul: doc.dr. Karel Jelen,CSc.
Adresa bydliště: Malířská 8, 17000 Praha 7
Název zaměstnavatele: Fakulta tělesné výchovy a sportu University Karlovy
Sídlo zaměstnavatele: José Martiho 31, Praha 6
IČ zaměstnavatele: 00216208
Oddělení/útvar: katedra Anatomie a Biomechaniky
Telefonní číslo/a: 603 526 656
E-mail: [email protected]
Příspěvek tvůrce (slovně): tvorba schematu funkcí
Podíl na řešení v %: 5% původce a schema funkčnosti
[Zadejte text.]
Stránka 2/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
3. Kategorie výsledku:
□ poloprovoz
□ ověřená technologie
□ prototyp
□ funkční vzorek
□ cer\fikovaná metodika
√ software
□ specializované mapy
□ výzkumná zpráva
4. název a podnázev výsledku:
Software pro ovládání měřiče mechanických vlastností měkkých tkání - thrgui
5. Stručný popis výsledku:
Trhačka je ovládána z černé krabice s PC zdrojem, do kterého komunikuje (nedojde-li ke změnám) linka COM1 –
řízení pohonu. Poloha je měřena IRC snímačem přes „krabičku “ na stole, do které komunikuje COM4 (nedojde-li ke
změnám). PC zaznamenává signál z měřicí karty přímo po sběrnicích základní desky. Všechny obslužné programy
trhačky, které běží v PC jsou v adresáři c:\Hynek\Matlab_t. V tomto adresáři jsou I ukládána měřená data a uživatel
může měnit některé parametry trhačky. Uživateli jsou přístupné soubory a software je funkční.
6. Technické parametry výsledku (uveďte technické aj. parametry):
Popis algoritmu
Programová obsluha trhačky se skládá ze souborů Matlabu, které jsou v jednom adresáři – dosud
c:\Hynek\Matlab_t. V adresáři mohou být kromě níže uvedených souborů i soubory s koncovkou asv, kterou vytváří
Matlab. Mohou tam být i různé soubory se změřenými daty s koncovkou dat. Jiné soubory než tyto a níže uvedené
tam nemají co dělat. Sekvence.txt – obsahuje program sekvence pohybů. Program má následující strukturu – lze
použít 3 instrukce, význam viz následující příklad:
vpravo 1000 1000
stop 100
vlevo 500 0
stop 100
vpravo 1000 1000
vlevo 1000 0
stop 150
konec
Program pojede pohonem vpravo 1000 dílků rychlostí 1000, vyčká 10 sekund, pak pojede zpět na souřadnici 0 dílků
rychlostí 500. Pak zastaví na 10 sekund, pak pojede vpravo na souřadnici 1000 rychlostí 1000, pak vlevo rychlostí
1000 na souřadnici 0. Nakonec 15 sekund vyčká a skončí.
Všechny program k trhačce jsou napsány v Matlabu – kód si můžete libovolně prohlížet, upravovat ho bez
konzultací.
[Zadejte text.]
Stránka 3/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
7. Ekonomické parametry výsledku např. roční zvýšení objemu výroby, zisku, exportu, atd.
Náklady: 40 000 CZK, zrychlení a zautomatizování použití měřícího zařízení. Rychlost zadávání a vyhodnocení dat
z měřícího zařízení byla zvýšena. Dřívější jedno měření 60min, nyní 5minut.
8. seznam podpůrných dokumentů:
1, soubor txt. se sepsaným programem
2, foto měřícího zařízení
3, návod
4, uživatelské prostředí
5, ukázka vstupní a výstupní veličiny
[Zadejte text.]
Stránka 4/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
2, foto měřícího zařízení
měřič mechanických vlastností měkkých tkání s mikroskopem
[Zadejte text.]
Stránka 6/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
3, návod
Softwareproovládáníměřiče
mechanickýchvlastnostíměkkýchtkání
Trhač ka – ná vod k obsluze
Ing. Hynek Havliš, [email protected]
Obsah
1.
Obecně ............................................................................................................................................. 8
2.
Postup práce .................................................................................................................................... 9
3.
Popis programového vybavení PC pro řízení a měření na trhačce ................................................ 10
4.
Možné problémy a jejich odstranění ............................................................................................. 11
[Zadejte text.]
Stránka 7/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
1. Obecně
Trhačka je ovládána z černé krabice s PC zdrojem, do kterého komunikuje (nedojde-li ke změnám) linka COM1 –
řízení pohonu. Poloha je měřena IRC snímačem přes „krabičku “ na stole, do které komunikuje COM4 (nedojde-li ke
změnám). PC zaznamenává signál z měřicí karty přímo po sběrnicích základní desky.
Všechny obslužné programy trhačky, které běží v PC jsou v adresáři c:\Hynek\Matlab_t. V tomto adresáři jsou I
ukládána měřená data a uživatel může měnit některé parametry trhačky. Uživateli jsou přístupné soubory
Trhacka.ini – obsahuje různé parametry měření, čísla COM portů, název výstupního souboru atd. – viz nápověda v
souboru
Sekvence.txt – obsahuje program sekvence pohybů. Program má následující strukturu – lze použít 3 instrukce,
význam viz následující příklad:
vpravo 1000 1000
stop 100
vlevo 500 0
stop 100
vpravo 1000 1000
vlevo 1000 0
stop 150
konec
Program pojede pohonem vpravo 1000 dílků rychlostí 1000, vyčká 10 sekund, pak pojede zpět na souřadnici 0 dílků
rychlostí 500. Pak zastaví na 10 sekund, pak pojede vpravo na souřadnici 1000 rychlostí 1000, pak vlevo rychlostí
1000 na souřadnici 0. Nakonec 15 sekund vyčká a skončí.
Pozor – vzhledem k času a možnostem nejsou ošetřeny různé chyby, například:
-
Když vymažete soubor trhacka.ini, nebo sekvence.txt, tak program asi nespustíte
Když zapíšete do těchto souborů blbosti tak program taky asi nespustíte nebo nebude fungovat (obsah se
moc nekontroluje)
Když budete při běhu trhačky blbnout s napájením měření a/nebo řízení
Všechny program k trhačce jsou napsány v Matlabu.
[Zadejte text.]
Stránka 8/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
2. Postup práce
Připojit k elektrické síti černou krabici, řídicí krokový motor a zapnout jí vypínačem – rozsvítí se bílá kontrolka
Připojit k elektrické síti krabičku pro vyhodnocení polohy a zapnout jí vypínačem – nemá žádnou kontrolku
Dát pod napětí brzdu motoru (odbrzdit) – zatím starý velký žlutý zdroj
Ukončit všechny nástroje Dewetronu pro konfiguraci karet a snímačů
Spustit Matlab zástupcem na ploše
Z menu Matlabu File->New->GUI->záložka Open existing GUI C:\Hynek\matlab_t\trhgui.fig
Otevře se okno s grafickým rozhraním. Toto rozhraní spustíme zeleným torjúhleníčkem uprostřed okna
nahoře
8) Otevře-li se dialog
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
Zvolíme Change folder
Můžeme začít měřit – nejprve stiskneme tlačítko Inicializace (pár sekund počkáme), které provede inicializaci
měřicí karty a portů COM pro měření polohy a řízení motoru – v pravé části grafického rozhraní nesmí být
červeně vyznačené chyby!
S pohonem můžeme ručně pohybovat pomocí slideru nahoře, zastavit ho můžeme kdykoli tlačítkem Stop
Připravíme si sekvenci do textového souboru sekvence.ini v adresáři s programy pro trhačku
Stiskneme tlačítko Načíst sekvenci
Stiskneme tlačítko Nulovat polohu
Stiskneme tlačítko Automatika – sekvence start. Proběhne sekvence, změřená data budou uložena do
souborů dle zadání. Během chodu sekvence nemačkáme žádná tlačítka (v případě potřeby Stop, sekvence se
zastaví, data budou ztracena)
Je možné vytvořit jinou sekvenci, měření opakovat. Nezapomeňte na začátku nulovat polohu a zálohovat si
data z jednotlivých měření! Je také možné si pomocí slideru popojet s pohonem
Po skončení měření nejprve zavřeme uživatelské grafické rozhraní křížkem v pravém horním roku, pak teprve
vypneme Matlab
Vše odpojit od sítě (tedy napájecí zdroj brzdy, černou krabici k motoru a měřič polohy).
POZOR – změřená data se ukládají do souboru, definovaného v Trhacka.ini. Soubor se po každém měření vymaže a
založí nový, data si musíte archivovat ručně!! (po každém měření někam zkopírovat)
[Zadejte text.]
Stránka 9/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
3. Popis programového vybavení PC pro řízení a měření na trhačce
Programová obsluha trhačky se skládá ze souborů Matlabu, které jsou v jednom adresáři – dosud
c:\Hynek\Matlab_t. V adresáři mohou být kromě níže uvedených souborů i soubory s koncovkou asv, kterou vytváří
Matlab. Mohou tam být i různé soubory se změřenými daty s koncovkou dat. Jiné soubory než tyto a níže uvedené
tam nemají co dělat:
Cti_poloha.m
Tato funkce čte polohu z IRC snímače polohy, přesněji řečeno z jeho vyhodnocovací jednotky. Pro strukturu správ
nahlédněte do manuálu výrobce
Init_com.m
Funkce se spouští po stisknutí tlačítka Inicializace a inicializuje COM port pro měřič polohy a pro driver motoru. Číslo
portu lze volit v souboru trhacka.ini.
Init_karta.m
Funkce se spouští po stisknutí tlačítka Inicializace a inicializuje COM port pro driver pohonu. Číslo portu lze volit
v souboru trhacka.ini.
Init_param.m
Funkce se spouští po stisknutí tlačítka Inicializace, načítá různé informace, jako čísla COM portů, jméno výstupního
souboru apod (nahlédni do souboru)
Init_sekvence.m
Slouží pro inicializaci některých věcí těsně před spuštěním měření – vytvoří objekt časovače, který pak sbírá data a
řídí motor, připraví některou grafiku apod.
Sekvence.m
Tento soubor je nejdůležitější – spouští se cyklicky po startu sekvence (původně po 100 ms, ale lze upravit) – čte
polohu, píše do motoru (v souladu s požadovanou sekvencí), zaznamenává data, online je vykresluje apod. Po
korektním skončení sekvence generuje soubor s naměřenými daty.
Sekvence.txt
Slouží pro zápis programu sekvence, viz kapitola Obecně
Trhacka.ini
Obsahuje ini hodnoty trhačky – čísla portů pro komunikaci, jméno výstupního souboru, přepočtové konstanty apod
(nahlédni do souboru)
Trhgui.m
Viz Trhgui.fig
Trhgui.fig
[Zadejte text.]
Stránka 10/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
Společně se souborem trhgui.m vytváří grafické rozhraní – okno s tlačítky a jejich obsluhu (po stisknutí stop zastav,
po stisknutí Inicializace inicializuj atp.
4. Možné problémy a jejich odstranění
Trhačka je relativně složitý technický systém a může u ní dojít k různým problémům – na pečlivou autodiagnostiku
není čas ani prostředky, nicméně je třeba uvážit, že pro správnou činnost
-
PC musí umět číst data ze snímače polohy
PC musí umět zapisovat data do driveru pohonu
PC musí umět číst data z měřicí karty
Pro základní ověření těchto bodů je k dispozici okénko diagnostiky
NA TLAČÍTKA V OKNĚ DIAGNOSTIKY MAČKEJTE AŽ PO PROVEDENÍ INICIALIZACE A NEBĚŽÍ-LI SEKVENCE!
Ověření správné činnosti měřiče polohy
Budeme-li ručně otáčet motorem, musí se čtená poloha měnit po stisknutí tlačítka Číst polohu a musí se měnit
„spojitě“, tzn. Posunu „o málo“ se musí měnit jen několik posledních číslic nejvíce vpravo.
[Zadejte text.]
Stránka 11/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
-
-
Pokud se číselná hodnota VŮBEC NEMĚNÍ i při otáčení pohonem, je buďto porouchaná vyhodnocovací
krabička, nebo snímač, nebo může být snímač např. daleko od pásky apod. Zobrazení vůbec nějakého čísla
v diagnostickém okně znamená, že se úspěšně komunikuje s převodníkem
Pokud se číselná hodnota mění někde jinde „v polovině“ čísla i při malém otáčení, došlo k jisté chybě
v komunikaci a pomůže restart PC a měřicí krabičky
Ověření správné funkce činnosti měřicí karty a snímače síly
Při stisknutí tlačítka Číst sílu se načte napětí z 1. Kanálu karty. Protože je zatíženo šumem, musí se toto číslo trochu
měnit i při opakovaném tisknutí tlačítka. Při zatížení měřiče silou (rukou) se číslo musí měnit více, v souladu
s nastavením měřicího zesilovače a rozsahem čidla
Ověření správné funkce driveru motoru
Pokud do okénka u tlačítka Motor zapíšeme celé číslo od -1000 do 1000, musí se motor pohybovat. Zapíšeme-li 0,
musí se zastavit (změna až vždy po stisknutí tlačítka).
[Zadejte text.]
Stránka 12/13
©FTVS-UK evidence VaV výsledků nepodléhající řízení o zápisu u ÚPV v Praze
______________________________________________________________________________________________
4, uživatelské prostředí
5, ukázka vstupní a výstupní veličiny
[Zadejte text.]
Stránka 13/13